一種燃料熱處理爐煙氣余熱發(fā)電方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料熱處理爐煙氣余熱發(fā)電方法及裝置，具體涉及一種采用空氣回收熱處理爐煙氣熱量、以熱空氣驅(qū)動渦輪機(jī)發(fā)電的余熱發(fā)電方法及裝置，屬工業(yè)爐余熱利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料熱處理爐是利用各種燃料產(chǎn)生的熱量在爐內(nèi)對熱處理工件進(jìn)行加熱的設(shè)備，所用的發(fā)熱元件是各種燃燒裝置，或是帶有燃燒裝置的輻射管。熱處理燃料爐所用燃料來源廣泛，與電能相比也較便宜，便于因地制宜地建造不同結(jié)構(gòu)和不同用途的爐子。當(dāng)熱處理燃料爐采用連續(xù)運(yùn)行方式、采用自動控制系統(tǒng)時，通過對爐溫、爐壓、爐氣成分、燃料流量與壓力、空氣流量與壓力等的檢測和控制，能實(shí)現(xiàn)較為精確的熱工控制。
[0003]常見的連續(xù)式燃料熱處理爐的類型主要有:臺車式熱處理爐、連續(xù)式熱處理爐、步進(jìn)式爐、振底式爐等等，這些爐型的爐溫一般控制在650°C?1100°C?，F(xiàn)有技術(shù)中，一種是將熱處理爐產(chǎn)生的煙氣直接排放到大氣中，不僅造成環(huán)境污染還浪費(fèi)能源，進(jìn)而增加了產(chǎn)品的制造成本，降低了產(chǎn)品在市場的競爭力；另一種是用熱處理爐出來的高溫?zé)煔饧訜崛剂蠠崽幚頎t的助燃空氣，或利用煙氣余熱對熱處理爐的預(yù)熱區(qū)進(jìn)行預(yù)熱，例如中國專利ZL200810195212.4燃?xì)馐嚼p繞氣瓶連續(xù)固化爐、ZL20131016837.X 一種熱處理爐余熱回收裝置等，但其也有一定的缺點(diǎn)，即應(yīng)考慮預(yù)熱后的空氣對熱處理爐燃燒器的影響，例如采用氣體燃料時，應(yīng)考慮助燃空氣溫度升高對燒嘴安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響；再一種是利用熱處理爐出來的高溫?zé)煔饧訜崴?，產(chǎn)生蒸汽或熱水用于供熱(例如中國專利ZL201210462470.0 一種鍍鋅熱處理爐余熱鍋爐、ZL201220137431.9 一種熱處理爐煙筒余熱利用裝置)，但要考慮熱用戶用熱負(fù)荷發(fā)生變化時對余熱回收效率的影響。
[0004]Daniele Cocco等人對渦輪機(jī)入口溫度分別為800K、1000K、1200K的三種外燃式微型燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)進(jìn)行了仿真計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果如附圖2所示；顯然在輸出功率為75kW以上時，外燃式燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的熱效率并不低。該燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)采用的工質(zhì)為空氣，其實(shí)質(zhì)為空氣渦輪機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是燃料燃燒后生成的燃?xì)獠涣鹘?jīng)渦輪機(jī)，避免了燃料中的污垢對設(shè)備的損傷。美國航空航天研宄公司與熱化學(xué)能源組織合作共同研宄了外燃式微型燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，并在航空航天研宄公司實(shí)驗(yàn)室成功地安裝、運(yùn)行了外燃式循環(huán)系統(tǒng)。這種型式的循環(huán)系統(tǒng)為可再生能源在熱電聯(lián)供中的應(yīng)用提供了一種新的選擇，是一種很有前途的、高效的、廉價的功能方式，如何拓展其應(yīng)用范圍至熱處理燃料爐值得深入研宄。
[0005]因此如何解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，拓展外燃式燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的應(yīng)用領(lǐng)域，將其應(yīng)用于燃料熱處理爐余熱回收領(lǐng)域，建立效率更高的開式布列頓循環(huán)發(fā)電模式，使燃料熱處理爐的熱能利用更加合理，成為該領(lǐng)域研宄的難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種燃料熱處理爐煙氣余熱發(fā)電方法及裝置，選擇空氣作為開式布列頓循環(huán)的工質(zhì)，拓展外燃式燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的應(yīng)用領(lǐng)域，建立高效的開式布列頓循環(huán)發(fā)電模式，使燃料熱處理爐的熱能利用更加合理，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下措施實(shí)現(xiàn)的:
一種燃料熱處理爐煙氣余熱發(fā)電方法及裝置，其特征在于:
一種燃料熱處理爐煙氣余熱發(fā)電方法，該方法采用壓縮空氣作為熱處理爐排出煙氣的余熱回收工質(zhì)，回收煙氣余熱，產(chǎn)生的高溫空氣拖動渦輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電；經(jīng)渦輪機(jī)降溫降壓后排出的空氣，與燃料在燃燒設(shè)備中混合燃燒，產(chǎn)生高溫的煙氣，作為熱處理爐的熱源對工件進(jìn)行熱處理；熱處理爐排出的高溫?zé)煔饣厥諢崮芎笈湃氪髿?，從而形成以空氣為循環(huán)工質(zhì)的開式布列頓循環(huán)過程；
設(shè)有空氣濾清器:所述的空氣經(jīng)空氣濾清器過濾后送入壓氣機(jī)；
所述的壓氣機(jī)采用一級壓縮，或多級壓縮、中間冷卻方式；
所述的燃燒設(shè)備與熱處理爐采用分體式或一體式的結(jié)構(gòu)；
所述的燃料采用生物質(zhì)能燃料、煤、氣體燃料或液體燃料。
[0008]一種燃料熱處理爐煙氣余熱發(fā)電裝置，其特征在于:
空氣20經(jīng)壓氣機(jī)21增壓后產(chǎn)生的壓縮空氣22，通過高溫回?zé)崞?4經(jīng)熱處理爐31排出的高溫?zé)煔?2加熱后，產(chǎn)生高溫空氣25，送入渦輪機(jī)26拖動渦輪發(fā)電機(jī)27發(fā)電，渦輪機(jī)26的排氣28，送入燃燒設(shè)備29作為燃料30的助燃空氣，產(chǎn)生高溫的煙氣作為熱處理爐31的熱源，從熱處理爐排出的高溫?zé)煔?2，經(jīng)高溫回?zé)崞?4降溫后排出，從而形成開式布列頓循環(huán)回路；
設(shè)有低溫回?zé)崞?3:空氣20經(jīng)壓氣機(jī)21增壓后產(chǎn)生的壓縮空氣22，通過低溫回?zé)崞?3、高溫回?zé)崞?4，經(jīng)熱處理爐31排出的高溫?zé)煔?2加熱后，產(chǎn)生高溫空氣25，送入渦輪機(jī)26拖動渦輪發(fā)電機(jī)27發(fā)電，渦輪機(jī)26的排氣28，送入燃燒設(shè)備29作為燃料30的助燃空氣，產(chǎn)生高溫的煙氣作為熱處理爐31的熱源，從熱處理爐排出的高溫?zé)煔?2，經(jīng)高溫回?zé)崞?4、低溫回?zé)崞?3降溫后形成低溫?zé)煔?3排出，從而形成開式布列頓循環(huán)回路；
所述的空氣20經(jīng)空氣濾清器過濾后送入壓氣機(jī)21 ;
所述的壓氣機(jī)21采用一級壓縮，或分級壓縮、中間冷卻方式；
所述的壓氣機(jī)21采用渦旋式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)、活塞式壓縮機(jī)、滑片壓縮機(jī)或軸流式壓縮機(jī)；
所述的高溫回?zé)崞?4或低溫回?zé)崞?3包括表面式和再生式兩類；
所述的表面式回?zé)崞靼ǖ幌抻诠軞な健迨?、板翅式及原表面?新型板式);
所述的熱處理爐31包括但不限于臺車式熱處理爐、連續(xù)式熱處理爐、步進(jìn)式爐、振底式爐；
所述的燃燒設(shè)備29與熱處理爐31采用分體式或一體式的結(jié)構(gòu)；
所述的燃料30采用生物質(zhì)能燃料、煤、氣體燃料或液體燃料；
所述的渦輪機(jī)26為渦旋式膨脹機(jī)、螺桿式膨脹機(jī)、離心式膨脹機(jī)或活塞式膨脹機(jī)。
[0009]所述的渦輪發(fā)電機(jī)組采用一組或多組并聯(lián)運(yùn)行方式。
[0010]作為一種優(yōu)選，本發(fā)明采用了分級壓縮、中間冷卻方式，有效降低壓縮機(jī)排氣溫度和壓縮機(jī)功耗，使分級壓縮加中間冷卻接近氣體定溫壓縮的過程；優(yōu)化的壓力設(shè)計(jì)及恰當(dāng)?shù)募訜釡囟?，使得開放式布雷頓循環(huán)的輸出功率有效增加。
[0011]作為另一種優(yōu)選，可發(fā)明可采用補(bǔ)燃措施對渦輪機(jī)進(jìn)口的空氣進(jìn)行調(diào)溫處理。
[0012]本發(fā)明中未說明的設(shè)備及其備用系統(tǒng)、管道、儀表、閥門、保溫、具有調(diào)節(jié)功能的旁路設(shè)施等采用公知的成熟技術(shù)進(jìn)行配套。
[0013]設(shè)有與本發(fā)明系統(tǒng)配套的安全、調(diào)控裝置，采用現(xiàn)有成熟的調(diào)控技術(shù)進(jìn)行配套，使燃料熱處理爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)能經(jīng)濟(jì)、安全、高效率運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
[0014]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、拓展了外燃式燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的應(yīng)用領(lǐng)域，將其應(yīng)用于燃料熱處理爐余熱回收領(lǐng)域，建立效率更高的開式布列頓循環(huán)發(fā)電模式，實(shí)現(xiàn)了燃料熱能的梯級利用及熱電聯(lián)產(chǎn)，使燃料熱處理爐的熱能利用更加合理；
2、采用多組微型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行方式時，機(jī)組運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活方便，由于微型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)